基于单总线的路基沉降数据采集系统软件设计开题报告

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）开题报告题目：基于单总线的路基沉降数据采集系统软件设计系别电子信息系专业通信工程班级B090310姓名刘佳学号B09031039导师秦刚2012年12月26日1毕业论文综述1.1题目背景与研究意义随着高速铁路和客运专线建设规模的不断扩大,新建铁路与既有铁路和公路的交叉相互影响也越来越严重,新建和改建铁路采用隧道下穿方式跨越既有铁路和公路的工程越来越多。随之而来的就是修复与维护的问题，针对高速铁路上没有稳定的供电电源，也没有相关人员经常去采集数据和维护设备等特殊情况，设计出一种功耗低、使用方便、具有采集、存储和无线发送等功能的数据采集系统，就成了一个值得研究的课题。将降低了人力、物力的投入和安全可靠性。1.2国内外相关研究情况国内外非常重视铁路路基的沉降变形监测技术研究，但限于技术限制和认识的局限性，通常只能在路基的施工期间采用水准仪或全站仪进行人工监测。由于高速铁路客运专线线路长、监测断面多、测点数量大，采用人工监测存在费时、费力、工作量大、监测结果人为因素影响大的缺点，因此研制开发具有路基沉降变形自动采集、信号自动传输、数据自动分析处理、自动远程控制等功能的监测仪器和监测技术，是高速铁路客运专线路基长期监测的必然要求。美国地质调查局在19%在圣克拉山谷河谷建起了地面沉降监测网，确定地面高程的变化情况，而且为与将来的监测结果进行比较建立了基准值。上海在进一步发挥GPS技术及更先进的INSTR技术基础上，自主研发了地面沉降自动化监测系统，可随时获得地面沉降数据，初步建立了地面沉降预警预报机制。2研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1研究的内容为了能够长期，有效，方便快捷的监测路基沉降状况，掌握软质岩石路基沉降规律，本项目采用路基沉降数据采集。路基沉降数据采集将传感器技术、电子技术、无线网络技术和计算技术相结合，可以全天候、长期、自动的获取高速公路的沉降信息，然后通过终端计算机的数据库管理系统处理采集的沉降数据，自动生成沉降曲线，直观地反映路基沉降状况。能定期、自动的获取路基的沉降量，不需要人工操作。数据能及时地传送到监控室进行处理。这样就可以方便、低成本的采集数据，对研究路基沉降规律是非常重要的，这也是本系统的基本要求。2.2拟采用的研究方案、研究方法或措施（1）硬件方案硬件单元主要包括：数据采集单元CPU选择；电源模块；复位电路；传感器接口模块；串口通信电路；外部存储电路这六个模块。本课题主要针对软件设计，硬件设计就不详细说明。硬件原理图如图1所示。图1硬件原理图（2）软件系统设计方法一个好的硬件平台只有搭配了好的软件才可以发挥出它应有的功效。因此，软件的设计方法就显得十分的重要，这在很大程度上取决于系统软件的结构是否合理，方法是否得当。在软件的编程过程当中，通常用到四种方法：过程化、模块化—结构化、面向对象以及面向智能体的编程方法。模块结构图如图2所示。图2模块结构模块工作的原理是：当外部输入进入到模块内部时，通过过程运行，运行的结果输出到外部，同时反馈给知识库。过程的运行受控于知识库的作用，接收来自于知识库的参数及方法。知识库收到过程的反馈后，分析判断过程运行的好与坏，并通过意识将判断结果输出。将程序分成了主模块和子模块两大部分，主模块和子模块程序的实现都是由变量和函数组成的，在程序书写过程中是一样的，但设计和编写时各个程序属于不同的模块。主程序设计思路框图如图3所示。图3主程序设计思路框图a.系统初始化包括单片机的时钟，调试串口，低功耗等的初始化。b.数据采集软件设计该采集器属于长时间处于工作状态，故在大部分时间，系统处于低功耗状态，根据设定采集次数，通过主控芯片的定时唤醒，定时采集程序，可采集数据。在该部分，主要是实现单总线数据的读取，在实现单总线接口中，最重要时序的把握，由于是单总线结构，既传输数据和传输时钟，在读取单总线的数据，然后经过一定的算法处理，去掉噪声数据。在加上时间，采集信息后调用通信程序，把数据传输到下一节点。c.数据通信传输软件设计由于采集在现场工作，数据传输主要考虑到数据传输中的可靠性和可信性。在通信数据传输过程中，增加了采集时间，采集次数，设备信号，奇偶校验等信息。同时，有监控中心传输的控制命令字包括命令头，命令ID号，命令字数，命令，结束标志组成。控制命令主要包括时间校准，采集时间，采集次数，上传数据时间等的控制。d.数据的存储软件设计在整个数据采集器中，数据的保存是非常关键的一步，对于一数据的可靠信和可信性为指导以后的相应措施提出更高的要求，在SD卡中，使用的是SPI接口通信模式。3本课题研究的重点及难点及前期开展工作本课题的重点是：采用科学的方法对路基的沉降变形综合分析和评估，验证设计并检验施工质量，全面掌握路基的变形动态，分析和推算路基的最终沉降量和工后沉降。难点：克服外界原因所造成数据失真以及需秉持着设计出一款低功耗、使用方便的采集器，才能满足长时间自动采集数据的要求。针对课题的研究，前期开展的工作有：（1）仔细阅读任务书，知道每个时期所对应得该完成的任务，以及怎样完成；（2）查阅相关资料了解涉及到的知识与相关的工作原理，让之后进行的设计顺利进行；（3）查阅相关的文献了解该题怎样设计；（4）根据所给单片机知道其用途。4完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）（1）17—18周，前期准备工作，完成对本课题相关资料的收集。（2）18—19周，完成开题报告撰写并进行开题答辩。（3）19—新学期3周，完成整体方案设计及程序设计。（4）4—5周，撰写中期报告，进行中期答辩。（5）6—11周，将整个系统进行调试及整合进行演示，并撰写毕业论文。（6）12—13周，准备答辩。参考文献[1]张沛.高速信号采集与存储系统[D].北京:北京交通大学,2007:5-7.[2]梁王琳,商周,王学伟.数据采集系统的发展与应用[J].电测与仪表,2004(8):4-8.[3]肖忠祥.数据釆集原理[M].西安:西北工业大学出版社,2001:10-23.[4]沙占友.低压差线性稳压器应用技巧[M].北京:中国电力出版社,2009:2-19.[5]李福俊.基于MSP430单片机的气象数据采集系统[D].北京:北京交通大学,2007:6-12.[6]MSP430微处理器选型手册[M],2009第三季度.[7]MSP430超低功耗微处理器[M].[8]刘涛用RS-485通讯协议实现PC机与单片机的多点通讯[J].现代电子技术,2002:86-90.[9]卿燕玲.高速数据采集及信号处理[D].成都:四川大学,2006:8-12.[10]ProgrammableResolution1-WireDigitalThermometer[EB/OL].DALLAS.[11]李光忠.基于单片机的温湿度检测系统的设计.硕士学位论文.山东:山东大学,2007[12]王昊,杜颖.线性集成电源应用电路设计[M].北京:清华大学出版社,2009:11-32.[13]沈建华.MSP430系列单片机实践与系统设计[M].北京:清华大学出版社,2005:46-82.5指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日6所在系审查意见：系主管领导：年月日[14]TexasInstrumentsMSP430xlxxFamilyUser'sGuide[EB/OL].TI,2006.[15]LP2950,MicropowervoltageRegulators[EB/OL],1999-11.[16]AMS1117.1AlowDropoutVoltageRegulators[EB/OL],2001.[17]王小娟.数字式可变增益放大器的实现[J].仪表技术,2008(7):7-8.[18]王彦朋.标准线性稳压器应用技巧[M].北京:中国电力出版社,2009:6-25.[19]OpAmpsForEveryoneDesignReference[EB/OL],2002.[20]童诗白,华成英.模拟电子技术基础,第三版[M].北京:高等教育出版社,2001:171-202.[21]邱关源.电路第四版[M].北京:高等教育出版社,2003:31-104.[22]MSP430F543xMIXEDSIGNALMICROCONTROLLER[EB/OL],2009